Scheda programma d'esame
POWER SYSTEMS AND SUSTAINABLE MOBILITY
DAVIDE POLI
Academic year2022/23
CourseELECTRIC ENGINEERING
Code967II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIA E LA MOBILITA' SOSTENIBILEING-IND/33LEZIONI120
GIOVANNI LUTZEMBERGER unimap
DAVIDE POLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Al termine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze specialistiche in merito ai principali aspetti della Power Quality, alle più tipiche problematiche di affidabilità dei sistemi elettrici per l'energia e ai più usuali sistemi di alimentazione di veicoli elettrici e ferroviari.

Knowledge

The student who successfully completes the course will gain a good knowledge of the main aspects of power quality, power system reliability and electric mobility.

Modalità di verifica delle conoscenze

Durante la prova orale lo studente sarà chiamato a dimostrare la sua conoscenza dei contenuti del corso, illustrandoli e discutendoli con una terminologia appropriata.

Metodi:

     Prova orale finale

Assessment criteria of knowledge

During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and to assess his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology.

Methods:

  • Final oral exam
Capacità

Saper individuare, analizzare e quantificare le problematiche di Power Quality di un impianto, selezionando i più idonei strumenti di mitigazione.

Saper valutare l'affidabilità di un sistema elettrico e suggerire opportune strategie di adeguatezza e  sicurezza.

Saper affrontare le principali problematiche riguardanti la mobilità elettrica.

Skills

Being able to identify and analyze the power quality problems of a power system or plant, adopting the most common mitigation methods.

Being able to assess the reliability of a power system and to define proper adequacy and security strategies.

Being able to tackle the main issues regarding electric mobility.

Modalità di verifica delle capacità

Durante le sessioni di laboratorio informatico, verranno realizzati piccoli progetti utilizzando i software DigSilent e Modelica. Questa attività non darà luogo a una valutazione dei singoli studenti, ma consentirà un primo feedback sulla maturazione complessiva della classe.

Durante l'esame orale finale, potranno essere proposti casi studio da analizzare sia qualititivamente che numericamente.

Assessment criteria of skills

During the computer lab sessions, small projects will be carried out in order to understand how to use DigSilent and Modelica.

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche di qualità, sostenibilità e sicurezza dei sistemi elettrici per l'energia, nonché alle principali questioni riguardanti la mobilità elettrica.

Lo studente potrà sviluppare capacità di lavoro in gruppo e di approfondimento autonomo successivo dei temi di qualità e affidabilità dei sistemi elettrici e mobilità sostenibile.

Behaviors

Students will develop a good awareness of power quality and reliability issues related to power systems, as well as to electric mobility.

Modalità di verifica dei comportamenti

Mediante discussioni in aula, esercitazioni e l'esame finale orale.

Assessment criteria of behaviors

Through classroom discussions and exercises.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenza della struttura, del funzionamento e dei principali modelli statici dei sistemi elettrici per l'energia. Capacità di analisi dei sistemi elettrici per l'energia, con particolare riferimento al load flow e al calcolo delle correnti di corto circuito.

Prerequisites

Knowledge of the structure and functioning of power systems. Ability to analyse a power system, with particular reference to load flow studies and to the calculation of short-circuit currents.

Indicazioni metodologiche

Didattica frontale

Frequenza: non obbligatoria

Attività didattiche:

     lezioni ed esercitazioni in classe
     partecipazione alle discussioni
     lavoro di gruppo

Metodi di insegnamento:

     lezioni
     Apprendimento basato sulle attività / sui problemi / sull'indagine
     laboratorio informatico

Teaching methods

Delivery: face to face

Attendance: Not mandatory

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in discussions
  • group work

 

Teaching methods:

  • Lectures
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • laboratory

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

Modulo di qualità (6 CFU)

Introduzione al corso. Qualità di prodotto e di sistema.

Topologie di rete e risvolti sulla continuità di alimentazione.

Manovre. Apparecchiature di manovra e interruzione.

Rassegna ed analisi dei principali schemi utilizzati in AT MT BT.

Esercitazione di calcolo delle correnti di corto circuito.

Problematiche di apertura dell'arco elettrico.

Sistemi di protezione.

Classificazioni del carico ai fini della continuità. Alimentazione d'emergenza.

Metodi e dispositivi per incrementare la continuità di esercizio.

Regolazione di tensione

Problematiche di energizzazione. Buchi di tensione.

Inquinamento armonico: cause, effetti e metodi di quantificazione e mitigazione.

Esercitazione sul calcolo della distorsione armonica della tensione.

Testo integrato sulla qualità e norma CEI EN 50160

Modulo di affidabilità (3 CFU)

Inquadramento ed ambito della sicurezza di sistema.

Stati di funzionamento di un sistema elettrico.

I grandi disservizi elettrici: tipologie, natura e cause. Problematiche di adequacy e di risposta alle contingency.

Criteri di sicurezza statica: approcci deterministici e probabilistici. Ambiti e tempistiche d'impiego.

Esercitazione al calcolatore (Digsilent): costruzione di una rete test e verifiche di sicurezza statica "N-1".

Richiami di calcolo delle probabilità e statistica.

Disponibilità dei componenti. Processi stocastici, modelli di Markov.

Affidabilità del sistema. Indici di rischio. Calcolo analitico diretto. Metodi Montecarlo (cenni).

Criteri decisionali e valore economico dell'energia non fornita.

Esempi di applicazione degli indici di rischio alla pianificazione o alla verifica di adeguatezza di un sistema di produzione, trasmissione e distribuzione.

Operational planning, gestione in tempo reale ed emergenze (cenni).

Dispositivi dell’elettronica di potenza al servizio del sistema di trasmissione e distribuzione.

Modulo di mobilità sostenibile (3 CFU)

Introduzione al modulo

La ricarica dei veicoli elettrici

Esercitazione analisi energetica EVs

Infrastrutture di ricarica degli EVs

Esercitazione sulla ricarica

Il traffico ferroviario

Sistemi di alimentazione ferroviaria DC

Sistemi di alimentazione ferroviaria 2x25 kV

Aspetti costruttivi sistemi di alimentazione

Esercitazione sistema ferroviario DC

Esercitazione sistema ferroviario 2x25 kV

Syllabus

Power Quality

Product quality and system quality.

Network topologies and implications on the continuity of power supply.

Switchgears and circuit breakers.

Review and analysis of main schemes used in HV, MV, LV.

Exercise: calculation of short-circuit currents.

Electric arc.

Protection systems.

Load classification for continuity purposes. Emergency power supply.

Methods and devices to increase the continuity of supply.

Voltage regulation.

Energizations. Voltage dips.

Harmonics: causes, effects and methods of quantification and mitigation.

Exercise: calculation of the voltage THD.

Power quality regulation and technical standard CEI EN 50160.

 

Power system reliability

Framework and scope of power system reliability. Security vs safety.

Operating states of a power system.

Large-scale power failures: types, nature and causes. Load curtailment vs blackout.

Steady-state security criteria: deterministic and probabilistic approaches.

Computer lab: application of "N-1" criterion to a 4-nodes power system.

Review of probability and statistics.

Availability of components. Stochastic processes, Markov models.

System reliability. Risk indices. Direct analytical calculation. Monte Carlo methods (notes).

Decision-making. Economic value of Expected Unserved Energy.

Examples of application of risk indices to the planning or operation of production, transmission and distribution systems.

Operational planning, real time control and emergency operation (notes).

Power electronics and transmission systems.

Sustainable mobility

Introduction

Charging of Electric Vehicles (EVs)

Tutorial: EVs energy analysis

EVs charging infrastructure

Tutorial: EV Charging

Rail traffic

DC railway power systems

2x25-kV railway power systems

Construction aspects of power supply systems

Tutorial: DC railway system

Turtrial: 2x25-kV railway system

Bibliografia e materiale didattico

Per i primi 2 moduli, gran parte del materiale discusso a lezione è disponibile su questo sito web:

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/            (poi Materiale didattico)

(raggiungibile anche dalla pagina web Unimap del docente)

Bibliography

Regarding the Power Quality and the Reliability modules, most of slides discussed during the lectures are available on this web site:

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/      (then Materiale didattico)

Also reachable from t
eacher's Unimap webpage:
https://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=437

Indicazioni per non frequentanti

In relazione ai primi 2 moduli, gran parte del materiale discusso a lezione è disponibile su questo sito web:

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/            (poi Materiale didattico)

(raggiungibile anche dalla pagina web Unimap del docente)

Non-attending students info

Regarding the Power Quality and the Reliability modules, most of slides discussed during the lectures are available on this web site:

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/      (then Materiale didattico)

Also reachable from t
eacher's Unimap webpage:
https://unimap.unipi.it/cercapersone/dettaglio.php?ri=437

Modalità d'esame

Esame orale.

Assessment methods

Final oral exam.

Altri riferimenti web

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/

poi: Materiale didattico

Additional web pages

http://www2.ing.unipi.it/~a009608/

Then: Materiale didattico

Updated: 29/07/2022 14:52